汽车用钢表面激光熔覆AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织及耐磨性研究

为提升汽车用316不锈钢的耐磨性及硬度,在316不锈钢表面采用激光熔覆技术制备AlCoCrFeNi共晶高熵合金熔覆层。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射分析技术(EBSD)、显微硬度计、往复式摩擦磨损试验机分别对共晶高熵合金熔覆层的微观组织、相组成、晶体学特征、表面显微硬度、耐磨性及磨损机理进行分析。具体结论如下：AlCoCrFeNi共晶高熵合金涂层的相组成为FCC相和BCC相。EBSD结果表明涂层的晶粒尺寸约为15.34μm,涂层内部具有较高的位错密度。涂层的表面显微硬度为311 HV±10.2 HV,约为316不锈钢基体的1.7倍。强化机制为固溶强化和位错强化。涂层的摩擦系数约为0.422,比磨损率为4.52×10^-5 mm³/(N·m),均明显优于316不锈钢基体。磨损机理主要为磨粒磨损,并伴有轻微的黏着磨损。     

FeCoNiCrNb0.5Mo0.25高熵合金激光熔覆层组织的共晶化行为及耐磨耐蚀机理

针对42CrMo材质舰船艉轴等海工装备在高盐、潮湿、重载环境下的表面腐蚀、磨损问题,本团队利用激光熔覆技术在42CrMo基体表面制备FeCoNiCrNb_0.5Mo_0.25高熵合金熔覆层,探究了FeCoNiCrNb_0.5Mo_0.25高熵合金激光熔覆层在不同激光功率下的组织共晶化及其对耐磨性与耐蚀性的强化机理。研究结果表明：FeCoNiCrNb_0.5Mo_0.25高熵合金激光熔覆层呈现由FCC相和Laves相组成的不完全共晶组织形态;适当提高激光功率可以促进组织的共晶化,特别是当激光功率为1400 W时,高熵合金熔覆层中部呈现为层状间距约为86 nm的纳米共晶组织;过高的激光功率导致基体中的Fe元素对高熵合金熔覆层的稀释作用增强,减弱了Mo和Nb对组织共晶化的促进作用;激光熔覆功率的增加会增强基体元素对熔覆层的稀释作用,降低熔覆层的平均硬度,当激光熔覆功率为1200 W时熔覆层具有最高的显微硬度665.8 HV1.0(约为基体的2.34倍);与基体相比,FeCo...     

激光熔覆Stellite6涂层工艺优化及组织性能研究

采用激光同轴送粉技术制备Stellite6钴基熔覆层,通过正交试验、单层单道、单层多道和多层多道工艺试验优化激光熔覆工艺参数。利用扫描电子显微镜、光学显微镜、X射线衍射仪表征了熔覆层显微组织结构,同时分析了微观硬度和耐摩擦磨损性能。结果表明,以熔覆层稀释率、成形系数和显微硬度为优化目标参数,可有效筛选激光熔覆Stellite6涂层制备工艺。所制备Stellite6涂层组织均匀,熔合线附近为平面晶,涂层中部区域为树枝晶,顶部区域为等轴晶。熔覆层物相由fcc-Co、(Co, W)₃C与Cr₂₃C₆等组成,平均硬度为457 HV。熔覆层耐摩擦磨损性能优于316L不锈钢基体,其主要磨损机制为磨粒磨损。     

镀铜石墨对机床导轨用锡基巴氏合金熔覆层组织及磨损性能的影响

为提高锡基巴氏合金的自润滑性能和耐磨性，将镀铜石墨(Cu-Gr)粉与锡基巴氏合金粉末混合，采用激光熔覆的方法在20钢基体表面制备锡基巴氏合金自润滑复合熔覆层。结果表明，激光熔覆后，通过铜包裹的石墨在复合熔覆层中仍以单质的形式存在；Cu-Gr/巴氏合金复合熔覆层均匀致密，表面无裂纹、气孔等缺陷。熔覆层主要由α-Sn固溶体相、硬质点相SnSb和Cu₆Sn₅相组成。由于镀铜石墨的添加，复合熔覆层的组织明显细化。复合熔覆层的显微硬度约为43.19 HV,相较于巴氏合金熔覆层提高了27%。由于显微硬度的增加和石墨的自润滑性能，复合熔覆层的摩擦系数和磨损率均有下降，分别为0.359和1.36×10^-6 mm/(N^-1·m^-1)。Cu-Gr的添加能有效改善巴氏合金的自润滑性能和耐磨性能。     

U71Mn钢激光熔覆钴基熔覆层耐磨性研究

为提高U71Mn钢的耐磨性,延长钢轨的使用寿命,选择Stellite6粉、TiC粉和Y₂O₃粉为熔覆粉末,采用激光熔覆同轴送粉技术在U71Mn钢基体表面制备钴基合金熔覆层。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪器、超景深显微镜、磨损试验机,分析熔覆层宏观形貌、显微组织、物相组成、显微硬度、磨损形貌和摩擦磨损性能。研究表明,在质量分数为10%TiC-钴基粉末中添加粉末总质量2%的Y₂O₃粉末,可获得较好的单道熔覆层;在激光功率为1 200 W,扫描速度为5 mm/s,送粉速度为1.0 r/min,搭接率为40%时,可获得表面最为平整的熔覆层。熔覆层显微组织由等轴晶和柱状晶组成,熔覆层与基体冶金结合良好,熔覆层主要由TiC、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、γ-Co和Co₃Ti组成。熔覆层硬度最高可达572 HV,平均硬度约为基体的1.8倍;熔覆层磨损量为基材磨损量的3.83%,钴基熔...     

碳纳米管含量对激光熔覆镍基复合涂层组织与性能的影响

针对Ni60A/WC复合涂层硬质相分布不均、减摩性能不足等问题,利用碳纳米管（CNTs）的高熔点和优良的自润滑性能,采用激光熔覆技术在45钢基体表面制备了添加不同含量CNTs的镍基耐磨涂层。通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪（XRD）分析了涂层的显微组织、元素组成和相组成。通过显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了涂层的硬度和耐磨性能。XRD图谱表明:熔覆层主要由Ni-Cr-Fe固溶体和WC、W₂C、Cr₃C₂、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、B₄C等硬质相组成。显微组织结果表明:CNTs的添加促进了异质形核,有利于硬质相均匀分布,明显细化了熔覆层的显微组织。由于CNTs具有细化晶粒以及提升自润滑性能的作用,适量添加CNTs可提升熔覆层的显微硬度和耐磨性能。当CNTs的质量分数为0.5%时,熔覆层的显微硬度为1100 HV,摩擦系数为0.3,磨损体积为1.24×10^-4 mm³     

激光功率和扫描速度对熔覆组织与性能的影响

采用激光熔覆技术在GCr15钢基材上制备FeCrNiSi合金熔覆层,通过超景深显微镜、显微硬度计及摩擦磨损试验机,研究激光工艺参数对熔覆层显微组织、硬度及摩擦磨损性能变化的影响规律.结果 表明:随着激光功率增大,熔覆层一次枝晶呈逐渐变大、变长的趋势,一次枝晶间距先增大后减小,二次枝晶间距逐渐减小;随着扫描速度加快,熔覆层一次枝晶呈先变大后减小的趋势,一次枝晶间距先增大后减小,二次枝晶间距先减小后增大.随着激光功率的降低或扫描速度的增加,熔覆层表面硬度提高,当激光功率为2400W、扫描速度为7 mm/s时,熔覆层最高硬度为781.5 HV,是基材的3.4倍;此时熔覆层磨损机制由磨粒磨损和黏着磨损逐渐演变为疲劳主导的磨损机制.     

激光熔覆Co基高温合金涂层的显微组织与耐磨性能研究

采用激光熔覆技术在304L不锈钢基体表面制备了Co基高温合金涂层,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析了涂层的显微组织、物相组成以及磨损表面形貌,测试了涂层的室温滑动摩擦磨损性能.结果表明:激光熔覆Co基合金涂层从底部到表层依次为“胞状晶-粗大枝晶-细小树枝晶”组织,主要由γ-Co固溶体、Fe2Mo相及Co7Mo6相组成,涂层平均硬度约为630 HV,是304L不锈钢基体的3倍,室温摩擦磨损性能是304L不锈钢基体的1～1.5倍.由于难溶元素Mo的固溶强化及Fe2Mo及Co7Mo6硬质相的弥散强化使涂层具有较好的耐磨性能.     

稀土对Ti基激光熔覆层组织与摩擦磨损性能的影响

采用同轴送粉激光熔覆技术在Ti811表面制备了CeO_2质量分数分别为0,1%,3%的TC4+Ni45+CeO_2多道搭接激光熔覆层。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分析了熔覆层的微观组织和物相,利用显微硬度计、摩擦磨损试验机和白光轮廓仪测试分析了熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层中的物相包括TiC、TiB_2、TiB、Ti_2Ni和α-Ti;随着CeO_2加入量增加,熔覆层中的物相未发生改变;当CeO_2添加量为0时,熔覆层内部组织粗大,显微硬度为590～640 HV,磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损;当添加CeO_2的质量分数为1%时,熔覆层组织逐步细化,枝晶的方向性减弱,显微硬度为625～655 HV,磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损;当添加CeO_2的质量分数为3%时,熔覆层中的增强相由树枝晶状、长条状、须晶状向颗粒状、层状、短棒状转变,且均匀弥散地分布于熔覆层中,显微硬度为560～575 HV,磨损机制主要为磨粒磨损。     

超声辅助工艺对激光熔覆涂层组织性能影响

为提高传统激光熔覆涂层中的组织性能和整体质量,采用空载式超声振动辅助设备制备涂层。在45钢表面制备304L+La₂O₃涂层,分析研究了熔覆层的显微组织、物相组成、显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明：超声振动产生的空化效应以及声流作用能够使涂层晶粒更加细小,改善组织性能。施加超声后熔覆层硬度平均为758.2 HV,比无超声工艺提高了7.4%,摩擦因数和磨损量分别降低了6.5%和12.9%。     

WC含量对激光熔覆FeCoNiCr高熵合金涂层组织结构及性能的影响规律研究

激光熔覆高熵合金涂层已成为表面工程领域的研究热点之一，本文系统研究了不同含量WC(WC质量分数为10%～60%)对激光熔覆Fe Co Ni Cr高熵合金涂层组织结构以及耐磨性、耐蚀性的影响规律。添加10%～60%WC颗粒制备的高熵合金复合涂层的成形质量均较好，未出现裂纹等缺陷。随着添加WC颗粒的质量分数由10%增加到60%，涂层由FCC单相结构向FCC、WC、W₂C和Co₄W₂C等多相转变，显微组织由顶部等轴晶、底部柱状晶向树枝晶转变，块状和鱼骨状含碳相析出且其含量逐渐增加；添加60%WC颗粒后含碳析出相的面积占比可达64.18%。涂层横截面的平均显微硬度和耐磨性随着WC添加量的增加而显著提升，添加60%WC的高熵合金涂层的显微硬度最高(为501 HV0.2)且耐磨性最佳(摩擦因数为0.472)，相对于未添加WC颗粒的高熵合金涂层的显微硬度(175 HV0.2)提升了约186%且耐磨性提高了233%。另外，随着WC颗粒的加入，具有较高耐蚀的面心立方相减少，同时WC在电化学过程中与黏结相形成了原电池。因此，高熵合金复合涂层...     

激光熔覆高耐蚀Fe基固溶体合金涂层

Fe基非晶合金具有优异的机械性能与耐蚀性。采用激光熔覆技术在304L不锈钢基体表面熔覆Fe-Cr-Ni-Co-B非晶粉末涂层,利用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜和电化学测试系统研究了涂层组织及耐蚀性能。研究结果表明,涂层组织涂层均匀、致密,无裂纹、气孔等缺陷。结合区为平面晶和柱状晶、熔覆层为丝条状树枝晶。熔覆层各区域由于成分和冷却速度的差异,致使树枝晶的大小和生长方向明显不同。涂层主要由Fe64Ni36和（FeCrNi）固溶体组成。熔覆层硬度分布较为均匀,涂层平均硬度约为480HV0.2,约是304L不锈钢基材的2.5倍。熔覆层的腐蚀电位高于304L基材,自腐蚀电流密度小于304L基材,具有较强的耐蚀性。     

激光熔覆和TIG堆焊Fe55合金涂层组织与性能对比研究

采用激光熔覆和钨极氩弧堆焊方法在Q235钢基体表面分别制备Fe55合金涂层。应用金相、X射线衍射、显微硬度及磨粒磨损等分析手段对涂层的组织和性能进行研究。结果表明,激光熔覆和TIG堆焊涂层的稀释率分别为4.42%和7.65%,并且两个涂层均由α-Fe固溶体和原位合成的颗粒增强相CrFeB、Cr₇C₃、(Cr, Fe)₇C₃及Fe₂B等组成;以树枝晶和胞状晶为主的激光熔覆涂层组织比以等轴晶和胞状晶为主的TIG堆焊涂层组织细小致密;激光熔覆涂层的显微硬度和耐磨性均优于TIG堆焊涂层,平均显微硬度约为664 HV,磨损方式主要为显微切削。     

铝合金表面激光熔覆Al+Y粉末的研究

为了研究激光熔覆制备Al-Y合金涂层的可行性,采用CO2激光器熔化预置的Al+Y混合粉末的方法,利用SEM,XRD,EDS和硬度检验等方法分析了熔覆层的显微组织、物相组成、成分分布和硬度等。在2034铝合金表面得到了激光熔覆涂层,其物相主要由Al,Y5Al3,YAl3,YA1等组成,Y元素主要分布于晶界和枝晶间,熔覆层的显微硬度70HV0.2～95HV0.2与基体的100HV0.2～120HV0.2相比较低,原因在于降低了基体中Cu元素的固熔强化效果。结果表明,熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层显微组织显著细化。     

Cr12MoV模具钢激光熔覆Fe基合金的组织与性能分析

为了进一步提高模具钢表面的硬度和耐磨性能,以Cr12MoV作为基体材料,利用2 kW半导体激光器,以同轴送粉的方式在其表面上熔覆高硬度的Fe基合金粉末。通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜分析熔覆层的组织形貌和物相;用显微硬度计测试熔覆层的显微硬度,用磨损试验机进行耐磨试验。进而研究激光功率、扫描速度和送粉量等工艺参数对熔覆层组织性能的影响,确定了最优化工艺参数。实验结果表明,使熔覆层的硬度和耐磨性较优良的工艺参数为:激光功率为1.2 kW,扫描速度为720 mm/s,送粉量为8.5 g/min。在此工艺参数下,熔覆层无裂纹、气孔、夹渣等缺陷,且显微硬度和耐磨性能得到显著提高,最高硬度达921 HV0.2,熔覆层的磨损失重仅为基体材料的25%,明显高于基体的硬度和耐磨性,这归因于熔覆层中存在V4C3、Cr23C6、Cr7C3等细小树枝晶。     

激光熔覆碳纤维增强316L不锈钢的显微组织和耐磨性

采用激光熔覆技术制备了碳纤维增强316L不锈钢,研究了扫描速度对碳纤维增强316L不锈钢显微结构、显微硬度和耐磨性的影响。结果表明:激光熔覆316L不锈钢由γ-Fe相组成,而激光熔覆碳纤维增强316L不锈钢主要由M_(23)C_6、γ-Fe和α-Fe组成,其中M_(23)C_6均匀地分布在γ-Fe和α-Fe树枝晶间;随着扫描速度增大,枝晶臂间距减小,显微硬度先增加后减小,耐磨性先增强后降低;当扫描速度为12 mm/s时,激光熔覆碳纤维增强316L不锈钢的耐磨性最好,相对于未加碳纤维的激光熔覆316L不锈钢提高了约25.3%。     

激光熔覆Fe-Cr-Mo-Si合金涂层的组织与摩擦磨损性能

利用3 kW光纤同轴激光熔覆设备将Fe-Cr-Mo-Si合金粉末熔覆到Q235钢表面,制备出了耐磨的铁基合金熔覆层,通过金相显微镜、维氏硬度计和摩擦磨损试验机等设备研究了Fe-Cr-Mo-Si熔覆层的显微组织、硬度及摩擦磨损行为.结果 发现:Fe-Cr-Mo-Si熔覆层的显微组织均匀致密,且无气孔、裂纹等缺陷;熔覆层主要由树枝晶组成,熔覆层/Q235钢结合面处形成了细小的平面晶组织,熔覆层与基体实现了良好的冶金结合;熔覆层的平均硬度为642.2 HV,约为基体硬度的4倍;当载荷为50N时,熔覆层和基体试样的平均摩擦因数分别是0.621和0.512,熔覆层的磨损量仅为基体的14.6％;摩擦因数随载荷的增加而减小,磨损轮廓尺寸随载荷的增加而增大;熔覆层的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损,而基体的磨损机制以黏着磨损和疲劳剥落磨损为主.试验结果表明,在Q235钢表面激光熔覆Fe-Cr-Mo-Si合金粉末能够显著提高材料的耐磨性能.     

激光熔覆原位生成TiC-ZrC颗粒增强镍基复合涂层

采用预涂粉末激光熔覆技术,在45#钢表面制备出原位牛成TiC-ZrC颗粒增强的镍基复合涂层.使用扫描电镜(SEM),EDS能谱和X射线衍射(XRD)对熔覆层的显微组织和物相构成进行了分析,并对熔覆层进行了硬度、摩擦性能测试.结果表明,在适当的工艺条件下,原位生成TiC-ZrC颗粒增强镍基复合涂层形貌良好,涂层与基材呈冶金结合.熔覆层底部组织为定向生长的γ(NiFe)树枝晶,熔覆层中上部组织为先共晶析出的TiC-ZrC颗粒相和Cr3C2条状相均匀分布于γ(NiFe)树枝晶基体中.熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV0.31300)和良好的耐磨性,与纯Ni60熔覆层相比,其磨损失重仅为纯Ni60熔覆层的1/4.熔覆层硬度和耐磨性的提高归因于大量TiC-ZrC复合颗粒的形成及其在涂层中的均匀弥散分布.     

低能量密度气体激光熔凝AZ31B镁合金的微观组织与磨损性能

为提高镁合金表面的耐磨性,利用5 kW横流连续CO2激光器在AZ31B镁合金表面采用低能量密度激光能量制备了无裂纹、气孔等缺陷的熔凝层。通过光学显微镜、X射线衍射仪观察分析熔覆层的宏观形貌、微观组织和物相,并利用显微硬度仪、磨损试验机测试熔覆层的显微硬度和耐磨性。研究结果表明:熔覆层由α-Mg和β-Mg17Al12组成,晶粒明显细化。采用低能量密度工艺即激光功率P=2 kW、扫描速度v=15 mm/s、激光能量密度E=26 J/mm2时,晶粒细化程度和β-Mg17Al12强化相综合强化效果最好,即显微硬度最高,为50 HV0.05～79 HV0.05比基体提高了13.64%～64.58%;耐磨性改善程度最好,磨损量是原始镁合金的40%,耐磨性提高60%。说明采用低能量密度且高功率快速扫描的工艺可以获得显微硬度和耐磨性改善程度最高的激光熔凝层。     

304不锈钢表面激光熔覆铁基复合涂层的组织与性能研究

在304不锈钢表面预置不同质量分数的Fe60和WC复合粉末，采用光纤激光加工系统制备金属-陶瓷复合熔覆层。分别从宏观形貌、微观组织、物相分析、硬度分布等角度研究涂层的组织结构及性能。结果表明：复合熔覆层冶金结合良好，过渡区、热影响区生成CrC及WC_x等硬质相，提高了熔覆层的硬度，对复合涂层力学性能有显著影响；当WC的质量分数比例为3%时，熔覆涂层的平均硬度为995 HV,约为304不锈钢基体的5倍，且高于其他质量分数比例的复合熔覆层。